[發明專利]一種基于FBG陣列的海水表層溫度密集剖面傳感器

有效

• 申請號: 202110905287.2
• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號: CN113340457B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 趙強;杜大偉;張建偉;于璐瑤;丁寶艷
• 申請（專利權）人: 山東省科學院海洋儀器儀表研究所
• 主分類號: G01K11/3206
• 分類號: G01K11/3206;G01K13/02
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 劉娜

本發明公開了一種基于FBG陣列的海水表層溫度密集剖面傳感器，包括傳感器模塊和位于傳感器模塊外部的保護裝置，傳感器模塊包括安裝基板和設置于安裝基板上的四條相同結構的FBG陣列；每條FBG陣列均包括增敏片和設置于增敏片上的光纖，光纖上通過飛秒激光技術刻寫有多個不同反射波長的等間隔FBG，形成了FBG陣列，相鄰兩條FBG陣列采用錯位排列；增敏片上沿縱向分布有一條光纖布置槽，光纖布置槽上均勻設置有多個點膠槽，相鄰的兩個點膠槽之間開設一個光柵布置孔，用于感應外界海水溫度變化。本發明所公開的傳感器結構簡單，成本低、體積小，水下工作安全可靠，溫度測量靈敏度高，為海水表層溫度探測提供了一種全新的技術手段。

技術領域

本發明涉及一種海水溫度傳感器，特別涉及一種基于FBG陣列的海水表層溫度密集剖面傳感器。

背景技術

準確獲取海水表層（海氣界面水邊界層）溫度數據對于氣候變化、海洋環境、國防軍事以及水產養殖等研究方面具有重要的科學意義。《海氣界面水邊界層溫度剖面精細測量技術研究》論文中指出：國內外海洋領域學者普遍把海水0-0.5m深度范圍定義為海氣界面水邊界層。

目前，海水溫度監測主要有單點水溫傳感器、遠紅外以及衛星遙感技術等。而單點水溫傳感器體積大，在0-0.5m深度范圍內能夠獲取的溫度剖面數據有限；遠紅外以及衛星遙感技術只能獲得海水表面的溫度數據。

經檢索發現，中國專利申請號：202011259168.6，專利名稱：一種用于海水皮溫測量的分段立體式溫度陣列傳感器，提出了一種可針對海水表層0-0.5m的海水剖面溫度進行高精度立體觀測的傳感器。中國專利申請號：202011576886.6，專利名稱：一種走航式船用強磁表貼式海水表層溫度測量裝置及測量方法，提出了一種適用于安裝在鋼鐵船舶船舷，進行走航式實時測量海水表層溫度數據測量的裝置。在非專利文獻方面，范宇聰提出了一種海氣界面水邊界層溫度剖面精細測量系統；但是上述方法都采用了電學溫度傳感器，一方面由于電學傳感器本身尺寸的限制，無法在0-0.5m的空間布置更多的傳感器，擴展性不高，導致在溫度剖面上的測量分辨率低；另一方面電學傳感器封裝時需考慮密封防水等因素，使得傳感器復雜、制造和維護成本都較高，應用場景受限。

光纖布拉格光柵（FBG）因其體積小、成本低、水下無源、易于成陣組網等特點，成為傳感領域的研究熱點，已經在工農業、軍事等多個領域大量應用。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于FBG陣列的海水表層溫度密集剖面傳感器，采用光纖布拉格光柵（FBG）陣列，以達到結構簡單，成本低、體積小，水下工作安全可靠，測量靈敏度和分辨率高，可實現海氣界面全方位高精度立體監測的目的。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種基于FBG陣列的海水表層溫度密集剖面傳感器，包括傳感器模塊和位于傳感器模塊外部的保護裝置；所述傳感器模塊包括安裝基板和設置于安裝基板上的四條相同結構的FBG陣列，其中兩條FBG陣列分布于安裝基板縱向的左側，另外兩條FBG陣列分布于安裝基板縱向的右側；每條FBG陣列均包括安裝于安裝基板上的增敏片和設置于增敏片上的光纖，所述光纖上通過飛秒激光技術刻寫有多個不同反射波長的等間隔FBG，形成了FBG陣列，且左側及右側的兩條FBG陣列分別采用錯位排列；所述增敏片上沿縱向分布有一條用于容納光纖的光纖布置槽，所述光纖布置槽上均勻設置有多個點膠槽，相鄰的兩個點膠槽之間開設一個FBG布置孔，所述光纖上的FBG位于FBG布置孔內，且光纖通過點膠槽內的光纖粘結膠與增敏片進行封裝，相鄰的兩個點膠槽之間的光纖上施加預拉力，所述增敏片兩端開設與光纖布置槽交叉的應力釋放條形孔。

上述方案中，每個所述FBG的柵區長度為1mm到20mm，相鄰的FBG間隔為0.05mm到10mm；多個FBG的波長在1510nm-1590nm范圍內。